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侨生煤矿抽采极薄煤层瓦斯与发电工程实践

范文

吴逢波郭正洲宋波刘刚胡苹周超

【摘 ?要】侨生煤矿开采煤层为极薄煤层，采煤工作面隅角瓦斯经常超限，矿井建立了地面固定抽采瓦斯系统，采用顺层钻孔抽采煤层瓦斯、高位顶板孔抽采工作面隅角区卸压瓦斯，有效地防治了瓦斯灾害。瓦斯抽采系统运行稳定后，将瓦斯进行发电利用，实现了矿井生产和生活零电费，取得了很好的安全与经济效益。

【Abstract】The mining coal seam of Qiaosheng Coal Mine is ultra thin coal seam， and the gas in the corner of the working face often exceeds the limit. The mine has established a fixed gas drainage system on the ground. In the system， coal seam gas is drained by drilling along the seam， and pressure relief gas is drained by high roof hole in the corner area of the working face， which effectively prevents and controls the gas disaster. After the stable operation of the gas drainage system， the gas is used for power generation， realizing zero electricity cost for production and living in the mine， and achieving good safety and economic benefits.

【关键词】极薄煤层;抽采瓦斯;瓦斯发电

【Keywords】ultra thin coal seam; gas drainage; gas power generation

【中图分类号】TD712 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 【文献标志码】A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 【文章编号】1673-1069（2020）01-0170-02

1 引言

我国南方地区小煤矿较多，极薄煤层是开采的主要对象。在开采过程中，一般采取地面固定抽采瓦斯系统，但是施工过程中往往面临着抽采瓦斯浓度低、钻孔难度大、煤层透气性差等各种难题。针对这一情况，假设能够有效解决极薄煤层抽采瓦斯额度问题，不仅可提高抽采效率，而且还可提高施工安全水平，获取显著的经济效益。对于此，侨生煤矿开展了极薄煤层瓦斯抽采与发电利用实践，运用效果突出，可有效指导实践活动。

2 煤矿概况

威远县侨生能源有限公司侨生煤矿（以下简称“侨生煤矿”）位于四川省内江市威远县小河镇境内，矿井核定生产能力为15万t/a。矿井开采三叠系上统须家河组第一段（T3xj1）下元炭K1煤层，煤层倾角为4～6°，K1煤层属复合煤层，赋存稳定，平均煤层厚0.61m，中间夹矸厚0.04～0.30m。煤层自燃倾向性为Ⅱ类、煤尘无爆炸危险性，矿井地质构造简单，水文地质类型中等。

矿井采用斜井开拓，布置有+483.008m主斜井、+483m副斜井、+483m排水井和+485m回风斜井等四个井筒;现开采水平为+340m水平，+340m开采水平埋深为182.7～270m;矿井现布置有两个对拉工作面，工作面长度为2×100m，“W”型通风。采高为1.4～1.6m。

矿井没有构建地面固定瓦斯抽采系统前，工作面尾巷、风隅角瓦斯往往超出了标准范围值，危险系数较高。如果采取正常通风处理方法，瓦斯超标的问题依然存在，不利于侨生煤矿的安全运营，极易造成严重的经济损失。

3 瓦斯抽采工程实践

3.1 考察煤层瓦斯基础参数

煤层瓦斯基础参数主要包括了煤层瓦斯压力、含量、透气性等，是判定煤层瓦斯含量、估算煤矿瓦斯抽采率、瓦斯抽采方法决定时重要考虑的因素。为了能够顺利完成瓦斯抽采工作，首先对K1煤层进行了瓦斯基础参数考察工作。

四川煤矿安全监察局安全技术中心与侨生煤矿于2016年12月进行了煤层瓦斯基础参数考察，结果为[1]：下元炭（K1）煤层瓦斯压力为0.39MPa，瓦斯含量为3.931m3/t（其中，煤层吸附瓦斯量为3.798m3/t，游离瓦斯量为0.133m3/t），瓦斯压力梯度为0.0022MPa/m，煤层瓦斯含量系数为4.707～5.615m2（m3·MPa1/2）;煤層钻孔流量衰减系数介于0.11216～0.31770d-1，煤层透气性系数介于0.0012～0.0028m2/（MPa2.d）;瓦斯放散速度△P=8。根据参考文献[2]可知，煤层系较难抽采煤层。

3.2 建立地面固定瓦斯抽采系统

2010年11月24日，该矿井在地面上建立了固定瓦斯抽采系统，并开始运行。2011年5月30日，四川煤矿安全监察局对该矿井进行了全面检查，审核通过后开展了瓦斯抽采工作。

矿井地面抽放泵站安装有两台2BE-303型水环式真空泵，配有两台YB250M-4隔爆三相异步电动机;电动机功率为75kW，极限真空度为33mbar，最大抽气量为52m3/min，转速为660r/min。

矿井抽采系统主管直径为DN250mm;抽放管分管直径为DN200mm，支管直径为DN150mm。

矿井抽放钻孔采用ZY-650型全液压钻机施工。现有抽放钻机2台，封孔泵3台，型号为BFZ-10/1.2型。

3.3 瓦斯抽采方法试验

侨生煤矿中煤层纯煤厚度大约为0.61m，倾角控制在4～6°，抽采难度较大。由于该煤层瓦斯含量较低，借鉴汪洋煤矿薄煤层瓦斯抽采过程中所积累的经验[3]，只是进行预抽煤层瓦斯效果无法保证。

通过分析瓦斯来源，指出采煤工作面隅角瓦斯超标的原因在于采空区所含的瓦斯量较大，其来源为顶板卸压瓦斯。针对这一情况，决定采取“顺层钻孔预抽煤层瓦斯+高位顶板穿层钻孔抽采卸压瓦斯”的方法，可有效解决瓦斯超标的问题。

3.4 瓦斯抽采效果

侨生煤矿建立瓦斯抽采系统前，矿井绝对瓦斯涌出量大约为14.76m3/min，矿井总回风瓦斯浓度始终处于0.7%～08%，作面隅角、尾巷瓦斯浓度为0.8%～2.0%。2011年5月30日，瓦斯抽采系统投入运行后瓦斯抽采量为6.86～8.42m3/min，抽采主管管内瓦斯浓度为34%～46%，矿井风排瓦斯量为7.14m3/min，矿井总回风瓦斯浓度为0.34%，工作面尾巷瓦斯浓度为0.46%，隅角瓦斯浓度为0.32%～0.44%。

据统计得知，2018年1月至10月该矿井总共抽出222万m3瓦斯，同期风排瓦斯量为343万m3，矿井平均瓦斯抽采率为39.29%，抽采瓦斯采煤工作面的同期风排瓦斯量为1306368万m3，采煤工作面平均瓦斯抽采率为51.63%。2019年1月至12月，矿井抽出瓦斯纯量为218万m3，同期风排瓦斯量为337万m3，矿井平均瓦斯抽采率为39.27%，抽采瓦斯采煤工作面的同期风排瓦斯量为1119744万m3，采煤工作面平均瓦斯抽采率为49.65%。

由此得知，瓦斯抽采效果明显，能够有效预防瓦斯意外事件的出现，提高了矿井的安全性。

4 瓦斯发电

4.1 瓦斯发电工程建设

侨生煤矿建立瓦斯抽采系统后，基于煤矿实际情况科学设计钻孔位置，并对抽采工艺进行优化，有效确保了瓦斯抽采系统平稳、不间断运行，确保瓦斯浓度始终处于28%，且瓦斯纯量控制在3.8～5.6m3/min。

针对该系统抽采量稳定，且能够确保瓦斯处于标准范围，因此，将抽采瓦斯进行发电利用。2013年3月，该矿井建立了瓦斯发电系统，由3台500kW瓦斯发电机组组成，构建了“2台发电、1台备用”的模式。

4.2 瓦斯发电效果

2015年3月至2019年1月，该煤矿对两个拉采煤面进行抽采瓦斯的工作，两台瓦斯发电机组共发电19354476kW·h，平均每月发电333698kW·h，具体情况详见表1。

4.3 瓦斯发电量的利用

侨生煤矿建立与运行了瓦斯发电系统，将所产生的电能直接输入威远县供电网系统中。同时，该煤矿生产生活所需电量能够从危险源供电网上获取，发电量同用电量互相抵消，矿井生产、用电电能几乎为零[4]。

瓦斯属于一种溫室气体，该煤矿把抽采瓦斯进行发电，实现了“零排空”瓦斯的目标，有效避免了污染空气，环保效益显著。

5 结语

侨生煤矿构建的极薄煤层瓦斯抽采与发电利用系统，通过实践可获得如下结论：①针对极薄煤层煤矿，瓦斯涌出量大约为15m3/min。运行地面固定抽采瓦斯系统后，安全性能高，且能够获取显著的经济效益。②开采极薄煤层中隅角瓦斯超过了标准范围，针对顶板卸压瓦斯的处理，往往使用高位顶板穿层钻孔抽采卸压瓦斯，辅以采空区埋管抽采隅角瓦斯，可有效解决这一技术难题。③瓦斯发电规模设定时，应根据瓦斯抽采纯量每2.5～3.0m3/min配置一台500kW瓦斯发电机组的原则，可获得合理的经济效益。④运行瓦斯抽采系统后，并将瓦斯转化为电能，可实现“以用促抽、以抽保安”的战略目标，这一处理方法不仅可提高煤矿的安全性与经济效益，而且可有效保护环境。

【参考文献】

【1】刘益文，邬运美.威远县侨生能源有限公司侨生煤矿瓦斯参数测定报告[R].四川煤矿安全监察局安全技术中心，2016.

【2】国家安全生产监督管理总局.煤矿瓦斯抽放规范（AQ1027-2006）[M].北京：煤炭工业出版社，2007.

【3】李维光，陈德松，刘益文，等.汪洋煤矿瓦斯抽放的工程实践[J].煤矿安全，2009（8）：23-25.

【4】马心校，刘益文，刘生龙，等.四川省小煤矿提高抽采瓦斯效果关键技术研究[R].四川矿山安全技术培训中心，2009.

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